LCS - 1M - en fullfjädrad, billig Hobby oscilloskop (9 / 30 steg)

Steg 9: Cirkelträning Beskrivning - Analog Frontend

The ADC har en fast indataområdet för 0 till 5V. Signaler mindre än utbud kommer att ha minskat upplösning, som större signaler kommer att få klippt. Eftersom insignalen som omfattas är tänkt för att mäta kan spänna över ett brett spektrum från ganska små till ganska stora, behöver vi ett input stadium som kan dämpa och/eller förstärka den inkommande signalen till gör den lämplig för att ADC. Den krets som visas här är för kanal 1, men kanal 2 ser identisk.

För det första är den inkommande signalen försvagad genom en faktor 4. Detta ökar det maximala spänningsområdet till 20V. Eftersom de efterföljande kretsarna inte kan hantera negativa spänning (för att hålla banan enkel, räckvidd har en enda + 5V och ingen negativ leverans), det enda sättet att mäta negativa signaler är att växla upp dem med en programmerbar offset spänning som tillhandahålls av en digital-till-analog-omvandlare (se nästa sida). Detta sätt räckvidd kan visa spänningar mellan - 12V och + 20V max.

De två dioderna fungerar som ingång skydd, klippning några signaler till förförstärkare som överstiger antingen + 5V eller 0V av mer än en diod släpper.

Förförstärkare OP1, ett mikrochip MCP6022, producerar två buffrade kopior av input signal, en
med få 1, en med vinst 10, som kan väljas av senare skede. Förutom förstärkning (vinsten = 10 version), denna buffring är också nödvändig eftersom följande scenen inte reagerar vänligt en input krets med för hög en impedans (dvs för lite köra styrka) - vilda svängningar skulle vara resultatet (naturligtvis jag var tvungen att prova det här experimentellt och faktiskt ganska "intressant" men inte riktigt användbar beteende var resultatet). MCP6022 har en vinst-bandbredd produkt av 10 MHz, så på en vinst på 10 kan vi förvänta oss ca 1 MHz bandbredd - mer än tillräcklig eftersom våra samplingsfrekvens redan begränsar oss till mindre.

Inimpedans av våra oscilloskop - bestäms av den ingående dämparen - är 133 kOhm. Jag skulle gärna göra det 1 MOhm så kan man använda standard 1:10 sonder som behöver denna impedans att arbeta, men den input kapacitansen av OP1 är för högt - att göra input dämparen motståndet för stor begränsar bandbredden för mycket. I mitt experiment en 1 MOhm avdelare resulterade i en ynka 60 kHz av totala bandbredd, medan den nuvarande konstruktionen ger runt 400 kHz (som matchar fint sample rate begränsning - se Nyquist sats!). Åtminstone kan du fortfarande använda en standard 1:1 sond, och helst skulle jag inte rekommendera att denna design spänningarna större än 20V. (Obs: jag nyligen konstruerade en enkel ersättning krets som gör att 1 MOhm impedans samt högre bandbredd (1 MHz) - se nästa steg för mer detaljer).

Det andra steget i vår signal kedjan är en programmerbar vinst förstärkare (PGA). Jag valde mikrochip MCP6S22, som erbjuder en vinst-bandbredd produkt av upp till 12 MHz (igen, mer än tillräckligt) och har valbara vinst inställningar för 1, 2, 4, 5, 8, 10, 16 och 32. Den högre få inställningar visade sig ganska benägna att svängningar (databladet varnar redan om det, men jag hade fortfarande prova:-), så det är därför min design bara använder vinster upp till 10. Förförstärkare och dämparen som ger totalt få sträcker sig från 0,25 upp till 25, tillräckligt för de flesta tillämpningar. Bäst av allt, finns det inga rörliga delar (som reläer)! PGA har två valbara ingångar som jag använder för att växla mellan de två kopiorna av pre förstärks signalen och den kommunicerar med mikrokontroller genom SPI bussen.